Лабораторная работа №3

Определение характеристик сопротивляемости сварного

Соединения разрушению при наличии трещиноподобных

Концентраторов

Цель работы: определение значений коэффициента интенсивности напряжений К_с, критического напряжения σ_кр для сварных соединений, выполненных диффузионной сваркой в вакууме.

Методика проведения исследований.

Исследования .проводятся на образцах которые выдаются руководителем работы. Рекомендуемые материалы - стали среднеуглеродистые, низколегированные или другие средней прочности.

В зависимости от конкретного задания руководитель выдает образны, уже сваренные на различных режимах, или заготовки под сварку.

Основные параметры режима сварки: температура нагрева, удельное усилие сжатия, время выдержки, разряжение в вакуумной камере. Более существенными и легко контролируемыми являются температура и усилие сжатая. Параметры режима задаются руководителем.

Эскиз сваренного образца для проведения испытаний приведен на рисунке 6.5. Проводятся испытания на внецентренное растяжение на разрывной машине с предельным усилием не менее 50 кН.

Общая структурная схема испытаний представлена на рисунке 6.6.

В процессе испытаний на многоканальный (не менее 4-х каналов) самопишущий прибор подаются сигналы с датчика усилий, датчика смещений, который представляет собой тензоскобу с 4-мя тензодатчиками, соединенными по мостовой схеме и термопары. На четвертом канале самописца проводится отсчет времени.

По данным, полученным в результате испытаний, строятся диаграммы в координатах "нагрузка - смещение", "температура - время", по которым определяются искомые характеристики.

В связи с достаточно большой трудоемкостью экспериментальных исследований, работу целесообразно разделить на две части.

Рисунок 6.5 - Эскиз образца

Часть первая:. Определение коэффициента интенсивности напряжений Kic и критических напряжений в сварных соединениях, полученных диффузионной сваркой в вакууме.

В процессе испытаний для определения K1c могут быть построены диаграммы четырех типов (по ГОСТ 25.506-85) [1].

Наиболее часто встречаются диаграммы типа-1 и типа-3 (см. рисунок 2.18). Диаграмма типа 1 характеризуется тем, что точка С расположена левее прямой ОВ, проведенной под углом, тангенс которого на 5% меньше тангенса наклона прямой ОА. В диаграмме типа 3 точка С лежит правее прямой ОВ. Прямую ОВ удобно строить следующим образом: из произвольной точки А опускают перпендикуляр на ось V и откладывают отрезок АВ=0,05 АЕ. Далее проводят прямую ОВ.

а б

в

Рисунок 6.6 - Устройство для проведения испытаний

а - тензоскоба; б - схема соединения тензодатчиков; в - схема испытаний.

Диаграммы испытаний плоских образцов приведены на рисунке 6.7.

а б

Рисунок 6.7 – Диаграммы испытаний: а – тип 1; б – тип 2

Для диаграмм типа 1 в качестве расчетного принимают значение Pс, a типа 3- значение P_Q. •

Коэффициент интенсивности напряжений рассчитывают по формуле:

K_q = P_q Y / t √B̅

где Y- поправочный коэффициент; t- толщина образца; В-эксцентриситет.

Y= 1З,74[1-3,38(L / В)+5,572(L / В)²].

Его можно также определить по таблице поправочных коэффициентов (Таблица 6.1)

Таблица 6.1 – Поправочные коэффициенты

L/B	0,45	0,46	0,47	0,48	0,49	0,50	0,51	0,52	0,53	0,54	0,55
Y	0,34	0,58	0,82	1,09	1,37	1,66	1,97	2,29	2,63	2,99	3,36

Kic = Kq, если диаграмма типа 1. В противном случае можно определить лишь Кс =Kq.

Порядок выполнения работы

1. На установке для диффузионной сварки вместе с оператором сварить пять образцов для испытаний, варьируя режимы сварки по указанию руководителя, или получить от руководителя сваренные образцы. Записать режимы сварки.

2. Провести тарировку измерительной системы, включаю щей датчики усилий и перемещений в комплекте с записывающим устройством (самописцем Н 338) в соответствии с инструкцией.

3. Установить образец в захваты разрывной машины.

4. Закрепить на образце датчик перемещений.

5.Включить самописец, регистрируя скорость движения диаграммной ленты.

6.Включить разрывную машину и провести испытания до разрушения образца.

7.Провести испытания других образцов, согласно п.п.3-6.

8.Замерить необходимые размеры образцов после испытаний.

9.По зависимостям, вычерченным на диаграммной ленте, построить диаграмму "нагрузка-смещение".

10.Вычислить значения Ki_c,Gi_c.

11 .Построить зависимости вычисленных характеристик от параметров режима сварки.

12.Сделать выводы по результатам экспериментальных исследований, в которых отразить сущность показателей _K1с, K_c и G_с

Часть вторая. Определение G_с по методу тепловой волны.

Показатель G_с характеризует сопротивляемость металла распространению трещины.

Испытания проводятся на тех же образцах, что и для определения Кс.

По методу тепловой волны определяется разность температур горячего спая Т между т.А, находящейся на определенном небольшом расстоянии от трещины, и т.В, удаленной от трешины(необходимо, чтобы при максимальной температуре в т-А, температура в т.В еще не повышалась). Энергия распространения трещины G_1Д определяется по формуле:

,

Где ср - объемная теплоемкость металла образца при температуре испытаний, Дж/см3*К; а- коэффициент температуропроводности,см²/с; ΔТ- приращение температуры в т.А, К; t_m - время достижения максимального приращения температуры в т.А от момента разрушения,с.

Для сталей можно в среднем принять:

ср= 3.6 Дж/(см³*К), а=0,22 см²/с. При 0,7<=Ха<=1,2см, 0,8<=Ya<= 1,2см, t =2,5*Ха*0,75.

Ф – функция интеграла вероятности, которая определяется по табличным данным.

Порядок выполнения работы

Данная часть работы может выполняться одновременно с предыдущей.

1. На установке для диффузионной сварки вместе с оператором сварить три образца для испытаний, варьируя режимы сварки поуказанию руководителя, или получить от руководителя сваренныеобразцы.

2. Провести тарировку измерительной системы, включающей термопару в комплекте с записывающим устройством в соответствии с инструкцией.

3. Установить образец в захваты разрывной машины;

4. Закрепить на образце термопару (вставить в отверстия т. А, т. В) и зачеканить.

5. Включить самописец, регистрируя скорость движения диаграммой ленты.

6. Включить разрывную машину и провести испытания до разрушения образца.

7. Провести испытания других образцов, согласно п.п.3-6.

8. Замерить необходимые размеры образцов после испытаний.

9. По зависимости, вычерченной на диаграммной ленте, построить диаграмму "температура-время".

10. Вычислить значения Gс.

11. Построить зависимость вычисленной характеристики от параметров режима сварки.

12. Сделать выводы по результатам экспериментальных исследований, в которых отразить сущность показателя Gс и объяснить его зависимость от параметров режима сварки.